改革教学方法 提高“机床构造与设计课程设计”教学质量

尚晓峰 王志坚

[摘 要] 针对在《机床构造与设计课程设计》实践性教学环节中，本科生对机床构造没有结构直观认识、课程设计无从入手、设计计算思路不清晰、制图质量不高、达不到综合锻炼目的问题，提出“直观认知-细节分解-督促检查”三位一体综合课程设计指导方法。通过指导两轮课程设计成绩对比分析，此项教学改革实践效果显著。

[关键词] 机床构造与设计;课程设计;改革;教学方法;教学质量

[作者简介] 尚晓峰（1972—），男，辽宁海城人，工学博士，副教授，硕士生导师，研究方向为机械设计制造和自动化技术;王志坚（1974—），女，河南内黄人，工学博士，副院长，教授，硕士生导师，研究方向为流体机械及工程技术。

[中图分类号] G642    [文献标识码] B     [文章编号] 1674-9324（2020）39-0240-02    [收稿日期] 2019-12-03

《机床构造与设计课程设计》是机械工程学科本科生学完《机床构造与设计》课程后进行的实践性教学环节。其目的是通过课程设计使学生在了解典型机床主要子系统组成及其功能;掌握普通机床主轴箱设计方法;掌握机床结构设计、计算、绘图和编写设计说明书方法;学习查阅机床设计标准和相关手册方法，提高对典型结构设计和选择的设计能力等方面得到综合锻炼[1]。此项实践性教学环节在机械工程学科整个知识体系中尤为重要。

一、现状分析

目前《机床构造与设计课程设计》开课学期为第7学期期末阶段，而其先导课程《机床构造与设计》开课学期为第6学期。因此本科生在做课程设计时，基础理论知识严重遗忘。在《机床构造与设计》授课时，从理论上讲述CA6140型车床的用途、运动、总布局、传动系统以及主要结构[2]。但是在课内实验环节中安排的4个实验内容均未涉及到机床主轴箱相关知识内容。现有《机床构造与设计课程设计》一般过程是指导教师首先讲授课程设计的内容及其要求，然后不定期指导检查，最后答辩评定成绩。每位指导教师需要指导2轮课程设计，每轮课程设计指导20名同学。

二、课程设计方法改革探索

由于目前所存在的各种不利因素的影响，导致在《机床构造与设计课程设计》实践性教学环节中，本科生对机床构造没有结构直观认识、课程设计无从入手、设计计算思路不清晰、制图质量不高、达不到综合锻炼目的诸多问题。针对上述各种问题，提出“直观认知—细节分解—督促检查”三位一体综合课程设计指导方法。

1.直观认知。课程设计开始时，首先是布置课程设计任务及其要求。将讲授课程设计的任务内容及其要求与机床构造结构直观认识相结合，达到直观认知目标。机床构造结构直观认识分为三个步骤，带领学生到机床实验室进行：①首先，以一台CA6140型车床设备为基础，复习车床的结构组成及其各个部分的功能。此部分内容在《机床构造与设计》授课时讲解过，为顺利切入课程设计教学环节，有必要再次简单复习一次。设计普通机床主轴箱是课程设计的核心任务，因此将车床主轴箱盖拆开，从俯视图的角度观察主轴箱内各可见结构的组成，操作变速手柄并观察可见的变速机构及滑移齿轮的工作情况。在主轴箱俯视图的角度，主轴箱内大部分结构被遮挡，无法进行直观观察和讲解。②然后，以一台CA6140型车床主轴箱模型为基础，对主轴箱内部结构进行观察分析。主轴箱模型的箱体采用透明亚克力板制成，因此可较详细观察到内部结构组成。进一步讲解主轴箱内部各轴的空间布置、各轴上的零部件结构和功能以及变速机构的结构和功能。操作变速手柄可详细观察各个变速机构及滑移齿轮的工作情况。这个环节让学生亲自操作变速手柄并观察和感受主轴变速原理和变速过程。③最后，以一张车床主轴箱展开图为基础，详细讲解车床主轴箱内安装在各轴上齿轮的作用、啮合方式以及变速过程原理。前述车床主轴箱及其模型内各轴均是空间布置结构，在观察认识上仍然不是十分直观，因此有必要将空间转化成平面，进行展开图观察认识。在车床主轴箱展开图中，去除所有附属机构，专门把主轴箱内部的各轴及其轴上齿轮以展开图的方式表达出来，更加突出设计重点，实现学生对设计重点内容的直观认识。经过上述三个步骤的观察和讲解，学生已经对课程设计实现直观认知。

2.细节分解。开始进行课程设计后，学生首先进行理论计算，包括运动设计和动力计算。具体内容包括根据给定的转速范围及公比确定变速级数，拟定结构式、绘制转速图，计算齿轮齿数;选择电动机型号及转速，确定各传动件的计算转速，对主要零件进行计算。这些工作的完成以《机械设计》和《机床构造与设计》两门课程为基础，学生可自行查阅相关资料手册来完成计算和选择。这里所谓的细节分解是指采用三维软件建模技术，将所有零件进行建模、装配和运动仿真，使学生对主轴箱内每一个零件细节都有认识和掌握，特别是分解出在“直观认知”环节中无法表达的细节结构。在教学实践过程中，以组内随机一位同学的数据为基础，我与学生课程设计同步进行零件建模、装配及运动仿真。一方面加强师生互动，加强师生联系;另一方面督促这名同学认真抓紧进行课程设计，同时也带动其他同学课程设计加快进度。

3.督促检查。督促检查环节是保证课程设计能够保证质量并按时完成的保证。具体操作方法是保证每天到课程设计专用教室一次，进行考勤、考查进度、答疑。除此之外，在课程设计专用教室内与学生一起进行设计工作，现场完成零件建模、装配和运动仿真等工作。由于第7学期期末课程设计阶段教师的工作特别繁多，因此能够做到连续完整的督促检查十分不易，需要教师付出更多的时间和辛苦。但是，做好这个督促检查工作，一方面可拉近师生距离并掌握学生课程设计情况，另一方面对提高教师业务素质也有一定的帮助。

三、教学实践对比分析

为验证“直观认知—细节分解—督促检查”三位一体综合课程设计指导方法的成果，结合一次课程设计指导教学任务进行一组对比试验。试验分为两组，每组20名同学。第一组同学按照传统课程设计指导方法进行，第二组同学按照“直观认知—细节分解—督促检查”三位一体综合课程设计指导方法进行，得到如下一些对比分析结果：

1.学生进行课程设计的兴趣和积极性得到很大提高。第二组同学明显比第一组同学的积极性增强。第二组同学被带到机床实验室时，对机床设备、主轴箱模型和主轴箱展开图可看、可触及，同学主动向前靠拢、主动动手碰触操作、认真观察分析、相互交流讨论、态度活跃积极。显然第一组同学没有这种经历和体验。

2.学生在课程设计过程中提出的问题明显增多。学生不能提出问题是目前教学环节里一个很大的缺失，不是没有问题，而是出了很大的问题。在第二组同学的三周课程设计期间，提出大量与课程设计相关的问题。从问题的归类上看，不仅涉及到《机床构造与设计》课程本身，而且几乎涉及到工科专业基础课及专业课的全部课程。同学能够提出问题，说明他们在课程设计过程中发挥出主动性并进行积极的思考。相比之下，第一组多数同学都是在照猫画虎的生搬硬套。

3.学生在课程设计过程中对三维建模产生浓厚兴趣。近年来，“甩图板”工程被实施并逐渐加强，鼓励学生采用计算机辅助绘图，从而甩掉图板。本课程设计在绘图环节也鼓励采用计算机辅助绘制二维平面图，有大约三分之一的同学采用计算机辅助绘图。目前许多设计生产过程都直接采用三维模型方式进行，而学生此时在教学上仍然没有接触到三维建模技术。在“细节分解”过程中，我采用三维软件建模技术，将所有零件进行建模、装配和运动仿真。这个过程大部分是在教室内与同学一起进行的，因此同学们在直观掌握零件结构的同时纷纷对三维建模技术产生浓厚兴趣，并准备开始学习三维建模技术。显然第一组同学同样没有这种经历和体验。

4.学生课程设计出勤率明显提高。除个别同学有时因为招聘会等特殊情况外，几乎是全部出勤。

5.课程设计成绩明显提高。课程设计成绩评定是平时成绩、图纸文档成绩、提问答辩成绩的综合，第二组成绩比第一组成绩呈现整体提高趋势。

参考文献

[1]戴曙.金属切削机床[M].北京：機械工业出版社，2017.

[2]陈易新.金属切削机床课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社.1987.